集成运算放大器参数的测试标准实验报告.doc
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集成运算放大器参数的测试标准实验报告.doc
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电子科技大学微电子与固体电子学院
标准实验报告
课程名称集成电路原理与设计
电子科技大学教务处制表
电子科技大学
实验报告
学生姓名:
学号:
指导教师:
实验地点:
微固楼335实验时间:
一、实验室名称:
微电子技术实验室
二、实验项目名称:
集成运算放大器参数的测试
三、实验学时:
4
四、实验原理:
运算放大器符号如图1所示,有两个输入端。
一个是反相输入端用“-”表示,另一个是同相输入端用“+”表示。
可以是单端输入,也可是双端输入。
若把输入信号接在“-”输入端,而“+”端接地,或通过电阻接地,则输出信号与输入信号反相,反之则同相。
若两个输入端同时输入信号电压为V-和V+时,其差动输入信号为VID=V--V+。
开环输出电压V0=AVOVID。
AVO为开环电压放大倍数。
运算放大器在实际使用中,为了改善电路的性能,在输入端和输出端之间总是接有不同的反馈网络。
通常是接在输出端和反相输入端之间。
图1运算放大器符号
本实验的重点在于根据实验指导书要求,对开环电压增益、输入失调电压、共模抑制比、电压转换速率和脉冲响应时间等主要运放参数进行测量。
五、实验目的:
运算放大器是一种直接耦合的高增益放大器,在外接不同反馈网络后,就可具有不同的运算功能。
运算放大器除了可对输入信号进行加、减、乘、除、微分、等数学运算外,还在自动控制、测量技术、仪器仪表等各个领域得到广泛应用。
为了更好地使用运算放大器,必须对它的各种参数有一个较为全面的了解。
运算放大器结构十分复杂,参数很多,测试方法各异,需要分别进行测量。
本实验正是基于如上的技术应用背景和《集成电路原理》课程设置及其特点而设置,目的在于:
(1)了解集成电路测试的常用仪器仪表使用方法及注意事项。
(2)学习集成运算放大器主要参数的测试原理,掌握这些主要参数的测试方法。
通过该实验,使学生了解运算放大器测试结构和方法,加深感性认识,增强学生的实验与综合分析能力,进而为今后从事科研、开发工作打下良好基础。
六、实验内容:
1.开环电压增益测量。
2.开环输出电阻测量。
3.输入失调电压测量。
4.共模抑制比测量。
5.电压转换速率测量。
6.脉冲响应时间测量。
七、实验器材:
(1)直流稳压电源一台
(2)数字双踪示波器*一台
(3)信号发生器一台
(4)实验测试板及连接线一套
(5)常见通用运算放大器IC样品一块
八、实验步骤:
1、首先熟悉数字双踪示波器和信号源的使用,根据指导书要求搭建各参数的测试电路。
注意所选电阻、电容的值,不能确定时要用万用表测量;在测试板上连接测试电路时应注意各运放集成块各管脚的功能,以免连接错误。
2、各参数的测试
(1)、开环电压增益
由于开环电压增益AV0很大,输入信号VI很小,加之输入电压与输出电压之间有相位差,从而引人了较大的测试误差,实际测试中难以实现。
测试开环电压增益时,都采用交流开环,直流闭环的方法。
测试原理如图2所示。
图2开环直流电压增益测试原理图
直流通过RF实现全反馈,放大器的直流增益很小,故输入直流电平十分稳定,不需进行零点调节。
取CF足够大,以满足RF》l/wCF,使放大器的反相端交流接地,以保证交流开环的目的。
这样只要测得交流信号电压vS和vo,就能得到
(1)
在讯号频率固定的条件下,增加输入信号电压幅度,使输出端获得最大无失真的波形。
保持输入电压不变,增加输入电压频率,当输出电压的幅值降低到低频率值的0.707倍,此时频率为开环带宽。
(2)、输入失调电压VIO
图3输入失调电压和失调电流测试原理图
由于运放电路参数的不对称,使得两个输入端都接地时,输出电压不为零,称为放大器的失调。
为了使输出电压回到零,就必须在输入端加上一个纠偏电压来补偿这种失调,这个所加的纠偏电压就叫运算放大器的输入失调电压,用VIO表示。
故VIO的定义为使输出电压为零在两输入端之间需加有的直流补偿电压。
输入失调电压的测量原理如图3所示。
图中直流电路通过RI和RF接成闭合环路。
通常RI的取值不超过100W,RF》RI。
(3)共模抑制比kCMR
运放应对共模信号有很强的抑制能力。
表征这种能力的参数叫共模抑制比,用kCMR表示。
它定义为差模电压增益AVD和共模电压增益AVC之比,即
图4共模抑制比测试原理图
测试原理如图4所示。
kCMR的大小往往与频率有关,同时也与输入信号大小和波形有关。
测量的频率不宜太高,信号不宜太大。
(4)、电压转换速率SR的测试
电压转换速率SR定义为运放在单位增益状态下,在运放输入端送入规定的大信号阶跃脉冲电压时,输出电压随时间的最大变化率。
图5电压转换速率侧试原理图
SR的测试原理如图5(a)所示。
测试时取RI=RF,在输入端送入脉冲电压,从输出端见到输出波形,如图5(b)所示。
这时可以规定过冲量的输出脉冲电压上升沿(下降沿)的恒定变化率区间内,取输出电压幅度DV0和对应的时间Dt,由计算公式求出
(2)
通常上升过程和下降过程不同,故应分别测出SR+和SR-。
(5)、脉冲晌应时间的测试(或称为建立时间)
图6读取响应时间方法
脉冲响应时间包括上升时间,下降时间、延迟时间、和脉动时间等,测试原理仍如图5(a)所示,取RF>RI,RI远大于信号源内阻、规定的误差带为1%。
读取响应时间方法如图6所示。
其中tr为上升时间,tf为下降时间,td(r为上升延迟时间,td(f为下降延迟时间。
九、实验数据及结果分析:
1、开环增益
表1开环增益测试数据列表
输入VS(mV)
输出VO(V)
测试条件
20
6
CF=100uF,RF=1MW,R2=100K,R1=1K
则:
可得
2、输入失调电压
表2输入失调电压测试数据列表
VO(V)
RF(W)
R1(W)
-0.079
2.43M
1K
则:
3、共模抑制比
表3共模抑制比测试数据列表
VIC(V)
VOC(V)
RF(W)
R1(W)
0.14
0.05
2.43M
1K
则,共模增益:
可得其共模抑制比
或98.5dB
4、转换速率
表4转换速率测试数据列表
DV(V)
Dt(ms)
4.0
6.7
则
5、单位增益带宽
表5单位增益带宽测试数据列表
BW(Hz)
RF(W)
R1(W)
41K
10K
1K
得
十、实验结论:
结合课程所学的知识,对mA741双极运算放大器的主要参数进行了测试,熟悉了数字双踪示波器等常用仪器的使用技巧,掌握了通用运算放大器的测试方法,同时对课程中相关的理论知识有了更深入的认识。
十一、总结及心得体会:
通过本次实验,熟悉了数字双踪示波器等常用仪器的使用技巧,掌握了通用运算放大器的测试方法,加深了对所学理论知识的感性认识,增强了自身的实验与综合分析能力,进而为今后从事科研、开发工作打下良好基础。
十二、对本实验过程及方法、手段的改进建议:
无。
报告评分:
指导教师签字:
评分标准:
该实验课程将以一定比例(10%)计入《集成电路原理与设计》课程总分,该实验评分标准为:
总分20分,具体如下:
步骤
实验要求
得分
1
遵守实验纪律和操作规范
5
2
能测试电路的连接,完成所有参数测试
8
3
对实验数据进行计算和分析
7
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- 关 键 词:
- 集成 运算放大器 参数 测试 标准 实验 报告